戎评：好消息，天大的好消息，国产EUV光刻机真的要来了

lameihua

　　好消息，天大的好消息啊，中国EUV技术取得决定性突破。注意，这可不是什么三无媒体自嗨的新闻哈，而是中国激光杂志公布的，这本杂志的主办方是中科院上海精密机械研究所，世界最顶级的光学研究机构之一，主管单位直接就是中国科学院了，所以这个好消息绝对真实绝对可靠，大家完全可以放心享用。

　　而且最关键的是啥呢？我们这项技术突破如果落地，就不是单纯说追上AMSL的水平那么简单了，属于是跨代超越成世界最先进的了。

　　那么这篇杂志具体说了什么东西呢？内容很多，我就挑最核心的部分说哈，文章称来自上机所的林楠团队成功开发出LPP-EUV光源，并且他们选择的技术路线不是阿斯麦用的二氧化碳激光器，而是更先进的固体激光器。

　　这句话传递出的信息量有两个：第一，我们把EUV光刻机最重要的部件，即光源系统给彻底解决了；第二，我们现在走的这条路线在技术上是要领先于阿斯麦的，做成了就是全世界最先进的。

　　接下来我们具体问题具体分析。光刻机光刻机，顾名思义，就是用光来雕刻，所以光源系统是整个EUV最重要的部件，没有之一。光源越细，在同一张芯片上能雕刻的线路图就越多，晶体管铺得越密，相应的性能就越高。我们经常提到的制程，说白了就是5nm要比14纳米更细，能搭载更多的晶体管，所以性能才更高。

　　传统的DUV光刻机，其光源最小只能雕刻出14纳米的线条，相当于头发丝的千分之一。而EUV光刻机用极紫外光，波长只有13.5纳米，相当于把雕刻的笔尖再缩小了20倍，这样才能造出现在手机里指甲盖大小却塞进几百亿个晶体管的芯片。

　　但极紫外光的特殊性让它既难产生又难控制，这就把整个系统的压力都集中到了光源头上。

　　普通灯光靠通电发热就能发光，而极紫外光虽然也是光的一种，但严格意义上来说已经属于电磁辐射，学名叫做极端紫外线辐射，这种辐射需要把锡滴打成等离子体才能产生，整个过程需要用高能激光在每秒内精准击中五万次飞行中的锡滴，且每次偏差不能超过头发丝直径的三分之一，这还只是极紫外光源产生的技术难点之一。

　　第二个难点在于，极紫外光会被空气吸收，整个系统必须在真空环境里运作。这就导致产生的光还没到达硅片，99%的能量就损耗掉了，想要足够强的光刻效果，光源初始功率必须达到传统光源的百万倍级别，比太阳表面还要亮。

　　最后一个技术难点是光源不仅要够强还得够稳。芯片制造需要连续几小时在硅片上曝光几十层图案，每层的对准误差不能超过1纳米。如果光源亮度有波动，就像拍照时手抖了，不同层的图案就会错位，整片晶圆直接报废。现在最先进的光源能维持0.01%的功率波动，相当于让狂奔的猎豹每步落脚点误差小于一粒芝麻。

　　可以说如果没有这套光源系统，再精密的镜头、再精准的控制台都是摆设。

　　说完光源系统对EUV光刻机的重要性，我们再来聊聊技术路线的差异。前文说过，极紫外光源的产生，需要用激光把锡轰击成等离子体。过去二十年，搞极紫外光源的几家公司像阿斯麦的光源供应商Cymre，日本的 Gigaphoton ，用的都是二氧化碳激光器，而上机所目前搞的是更先进的固体激光器。

　　固体激光器用半导体泵浦晶体发光，相对于靠气体放电产生激光的二氧化碳路线，它的好处实在是太多了。

　　比如能量利用率翻倍，二氧化碳激光器每消耗100度电，只有5度能转化成有效激光能量，剩下95度都变成废热。固体激光器用半导体激发晶体，电光转换效率直接提到20%，同样输出功率下耗电量减少60%，更少发热意味着冷却系统能简化，设备故障率随之降低。

　　还有体积缩小带来的稳定性提升，一台EUV光刻机需要20辆卡车运输，其中仅二氧化碳激光器就要用两辆卡车，光路长度超过30米，运行时细微震动都会影响激光精度。固体激光器采用模块化设计，整个系统能塞进普通衣柜大小，光路缩短到5米内。更紧凑的结构减少了气流扰动和机械振动，实测显示激光脉冲的时间抖动从纳秒级压缩到皮秒级，相当于把瞄准锡滴的"枪口晃动"缩小了千倍。

　　再就是功率的大小，二氧化碳激光受限于气体放电原理，单台设备功率长期卡在40千瓦，而固体激光器通过叠加模块，去年已实现单台1000千瓦输出，实验室正向10000千瓦迈进，这对EUV光刻机意味着两件事：一方面能同时激发更多锡滴，使极紫外光强度提升十倍，晶圆曝光速度从每小时120片提高到200片；另一方面允许用更厚防护罩阻挡锡渣污染，设备维护周期从每周一次延长到每月一次。

　　EUV光源技术得到进步，下游的芯片自然也会收益，据行业预测，使用固体激光驱动的EUV光刻机，每小时能多产出70片合格晶圆，按当前3纳米芯片报价计算，单台设备每年可多创造20亿元产值。更稳定的光源还能把套刻误差控制在0.8纳米以下，使3纳米以下制程的良率从75%提升到90%。

　　中国激光杂志发布这个消息后啊，阿斯麦CEO富凯在投资者会议上坦言，中国确实有可能已经造出EUV光源了，但他安慰投资者们不要慌，因为要造出完整的EUV光刻机，还需要很多很多年时间。

　　其实这话他自己都不相信，只能拿来忽悠投资方了，因为搞科研的都知道，凡是一项科技被中国打上卡脖子的标签，那基本就是举国体制了。EUV确实有很多零部件和系统，而且技术难度并不低，但在举国体制下，所有子系统将被拆分给国内各个科研机构，各项研究都是同步进行的，不是说攻破了光源系统再来搞其他的。

　　长光所负责光刻物镜，航八院负责高精度镜片加工，哈工大负责高速超精密激光干涉仪，南大光电负责ArF浸没式光刻胶，北京交通大学负责先进控制系统，华科大负责高分辨成像椭偏仪，上海微电子负责整机集成。

　　在国内各个顶级科研机构的通力攻关下，其他子系统的进度一点也不逊色于光源，中国激光杂志公开光源系统研发成功的消息后，NIST，也就是美国国家标准与技术研究院搞了一份评估报告，就连他们最顶尖的半导体专家都认为，中国最早在明年就能完成EUV原型机的验证，然后启动小批量生产，到2030年，负责集成的上海微电子将打破阿斯麦的垄断，成为全球第二家EUV光刻机供应商。

　　所以朋友，EUV真的要来了，不是开玩笑，你知道这意味着什么吗？

　　我就这么说吧，EUV光刻机集成了现代物理学、超精密光学、精密仪器、高分子物理与化学、数学、材料、自动控制、流体力学、高精度环境控制、软件等40多个学科最前沿的技术，是西方二十多国把自己最厉害的看见本领都拿出来共同修炼的成果，堪称人类超精密制造设备的极限。

　　这也就意味着，中国EUV问世的那天，就是宣告中国科技全面领先于整个西方的时候。